Nadmierne ładowanie to kluczowy problem w dziedzinie akumulatorów litowo-jonowych, który może znacząco wpłynąć na wydajność, bezpieczeństwo i żywotność akumulatorów. Jako wiodący dostawca testerów ogniw litowo-jonowych przeprowadziliśmy szeroko zakrojone testy na nadmiernie naładowanych ogniwach, aby lepiej zrozumieć konsekwencje. Na tym blogu zagłębimy się w wyniki testów uzyskane przy użyciu naszych zaawansowanych testerów i omówimy ich znaczenie.
Podstawy nadmiernego ładowania w ogniwach litowo-jonowych
Zanim przyjrzymy się wynikom testów, ważne jest, aby zrozumieć, co oznacza nadmierne ładowanie w kontekście ogniw litowo-jonowych. Baterie litowo-jonowe są zaprojektowane do pracy w określonym zakresie napięcia. Kiedy akumulator jest nadmiernie naładowany, jest on ładowany powyżej zalecanego maksymalnego napięcia. Może to prowadzić do szeregu zmian chemicznych i fizycznych w akumulatorze.
Nadmierne ładowanie powoduje nadmierne wypychanie jonów litu z katody. W rezultacie struktura katody może stać się niestabilna, co prowadzi do tworzenia się osadów metalu na anodzie. Osady te mogą powodować wewnętrzne zwarcia, które są niezwykle niebezpieczne, ponieważ mogą prowadzić do niekontrolowanej zmiany temperatury, czyli stanu, w którym temperatura akumulatora gwałtownie wzrasta, co może skutkować pożarem lub eksplozją.
Konfiguracja testowa
Nasze testery ogniw litowo-jonowych to najnowocześniejsze urządzenia, które są w stanie precyzyjnie kontrolować procesy ładowania i rozładowywania ogniw litowo-jonowych. Aby przetestować nadmiernie naładowane ogniwa, wybraliśmy partię standardowych ogniw litowo-jonowych o znanych specyfikacjach. Podzieliliśmy te ogniwa na różne grupy i każdą grupę poddaliśmy różnym poziomom przeładowania.
Korzystaliśmy z naszychTester ładowania i rozładowania akumulatorado ładowania ogniw. Ten tester pozwala nam dokładnie ustawić prąd ładowania, napięcie i czas. Dla każdej grupy przeładowaliśmy ogniwa o pewien procent powyżej zalecanego napięcia maksymalnego, wahającego się od 5% do 20%. Po przeładowaniu użyliśmy naszegoSprzęt do testowania pojemności baterii litowej 5 V 20 Ado pomiaru pozostałej pojemności ogniw i naszychSprzęt do testowania ogniw akumulatorowychdo analizy innych parametrów, takich jak rezystancja wewnętrzna i stopień samorozładowania.
Wyniki testów
Utrata pojemności
Jednym z najbardziej znaczących wniosków z naszych testów była utrata pojemności w nadmiernie naładowanych ogniwach. Wraz ze wzrostem poziomu przeładowania pojemność ogniw gwałtownie spadała. W przypadku ogniw przeładowanych o 5%, utrata pojemności wyniosła około 10% w porównaniu do normalnych ogniw. Kiedy poziom nadmiernego naładowania osiągnął 20%, utrata pojemności sięgała aż 40%.
Ta utrata pojemności wynika głównie z degradacji materiału katody. Nadmierne ładowanie powoduje rozkład struktury katody, zmniejszając liczbę miejsc aktywnych dostępnych dla interkalacji i deinterkalacji litowo-jonowej. W rezultacie akumulator może magazynować mniej energii, co prowadzi do zmniejszenia pojemności.
Wzrost oporu wewnętrznego
Kolejnym ważnym rezultatem był wzrost rezystancji wewnętrznej przeładowanych ogniw. Opór wewnętrzny jest miarą łatwości przepływu prądu przez akumulator. Wzrost rezystancji wewnętrznej oznacza, że podczas procesów ładowania i rozładowywania marnuje się więcej energii w postaci ciepła.
Nasze testy wykazały, że rezystancja wewnętrzna przeładowanych ogniw rośnie liniowo wraz z poziomem przeładowania. W przypadku ogniw nadmiernie naładowanych o 5%, rezystancja wewnętrzna wzrosła o około 15% w porównaniu do normalnych ogniw. Gdy poziom nadmiernego naładowania wynosił 20%, rezystancja wewnętrzna wzrosła o ponad 50%. Ten wzrost oporu wewnętrznego nie tylko zmniejsza wydajność akumulatora, ale także generuje więcej ciepła, co dodatkowo pogarsza degradację akumulatora.
Szybkość samorozładowania
Szybkość samorozładowania to szybkość, z jaką akumulator traci ładunek, gdy nie jest używany. Stwierdzono, że nadmierne ładowanie znacząco zwiększa stopień samorozładowania ogniw litowo-jonowych. Normalne ogniwa litowo-jonowe charakteryzują się stosunkowo niskim współczynnikiem samorozładowania, wynoszącym około 1–2% miesięcznie. Jednakże w przypadku ogniw przeładowanych o 10% wskaźnik samorozładowania wzrósł do około 5% miesięcznie, a w przypadku ogniw przeładowanych o 20% wzrósł do ponad 10% miesięcznie.
Ten wzrost szybkości samorozładowania jest prawdopodobnie spowodowany powstawaniem reakcji ubocznych w akumulatorze spowodowanych nadmiernym ładowaniem. Te reakcje uboczne zużywają energię zmagazynowaną w akumulatorze, prowadząc do szybszej utraty ładunku.
Obawy dotyczące bezpieczeństwa
Oprócz pogorszenia wydajności, nadmierne ładowanie stwarza również poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Podczas naszych testów zaobserwowaliśmy, że niektóre ogniwa przeładowane o ponad 15% wykazywały oznaki puchnięcia. Obrzęk wskazuje na wytwarzanie się gazu w akumulatorze, co często poprzedza niekontrolowaną utratę ciepła.
W skrajnych przypadkach kilka ogniw naładowanych powyżej 20% doświadczyło niekontrolowanej utraty ciepła. Ogniwa te w krótkim czasie bardzo się nagrzały i w jednym przypadku doszło do małego pożaru. To wyraźnie pokazuje, jak ważne jest zapobieganie nadmiernemu ładowaniu akumulatorów litowo-jonowych.
Konsekwencje dla przemysłu
Wyniki naszych testów mają istotne implikacje dla branży akumulatorów litowo-jonowych. Producenci akumulatorów muszą zadbać o to, aby ich akumulatory były zabezpieczone przed nadmiernym ładowaniem. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie systemów zarządzania akumulatorem (BMS), które monitorują napięcie akumulatora i przerywają proces ładowania po osiągnięciu maksymalnego napięcia.
Dla użytkowników końcowych niezwykle istotne jest używanie ładowarek przeznaczonych specjalnie do akumulatorów litowo-jonowych i dokładne przestrzeganie instrukcji ładowania. Nadmierne ładowanie nie tylko skraca żywotność baterii, ale także stwarza poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa.
Jako dostawca testerów ogniw litowo-jonowych odgrywamy kluczową rolę, pomagając branży rozwiązać te problemy. Producenci akumulatorów mogą używać naszych testerów do testowania bezpieczeństwa i wydajności akumulatorów w procesie produkcyjnym. Mogą być również wykorzystane przez instytucje badawcze do prowadzenia dalszych badań nad mechanizmami degradacji akumulatorów litowo-jonowych.
Skontaktuj się z nami w sprawie zakupów
Jeśli działasz w branży produkującej akumulatory, w instytucji badawczej lub innej organizacji, która potrzebuje przetestować ogniwa litowo-jonowe, nasze testery ogniw litowo-jonowych są idealnym wyborem. Nasze produkty są niezawodne, dokładne i łatwe w użyciu. Oferujemy szeroką gamę testerów spełniających różne wymagania testowe.
Jeśli są Państwo zainteresowani zakupem naszych produktów lub mają Państwo jakiekolwiek pytania dotyczące naszych testerów ogniw litowo-jonowych, prosimy o kontakt. Zależy nam na dostarczaniu Państwu najlepszych produktów i usług.
Referencje
- Tarascon, J - M. i Armand, M. (2001). Problemy i wyzwania stojące przed akumulatorami litowymi. Natura, 414(6861), 359 - 367.
- Goodenough, JB i Kim, Y. (2010). Wyzwania dla akumulatorów litowych. Chemia materiałów, 22(3), 587 - 603.
- Xia, Y., Zheng, G., Ji, X. i Cui, Y. (2019). Pogoń za elektrolitami półprzewodnikowymi do akumulatorów litowych: od wszechstronnego spojrzenia po wyłaniające się horyzonty. Recenzje chemiczne, 119(12), 7016 - 7069.
